Systèmes de stockage d'énergie en micro-réseaux
2014/03/01 Etxeberria Urkia, Aitor - ESTIA-Recherche laborategia Iturria: Elhuyar aldizkaria
Évolution du réseau électrique
XIX. Depuis la fin du XXe siècle (1882) a été lancé pour la première fois dans des applications réelles, le réseau électrique s'est constamment étendu dans le monde entier et a radicalement changé nos habitudes. Aujourd'hui, nous ne pouvons pas imaginer notre quotidien sans énergie électrique.
Mais il faut aussi garder à l'esprit de voir ce qui est au-delà de la prise, comment il fonctionne et comment il évolue ces dernières années.
À ses débuts, le réseau électrique fonctionnait avec courant continu. La tension que l'on pouvait obtenir était faible, de sorte qu'on ne pouvait pas transmettre cette énergie à de grandes distances, puisque l'intensité du courant à utiliser générait de grandes pertes d'énergie dans les câbles de transmission. Dans les premières années du réseau électrique, le fonctionnement du réseau était basé sur des générateurs installés près des points de consommation. Génération et consommation d'énergie locale. L'équilibre entre l'offre et la demande d'énergie était réalisé par batteries connectées directement au réseau.
Des années plus tard, en 1886, l'apparition du courant alternatif permit la distribution de l'électricité sur de plus grandes distances. Grâce aux transformateurs, la tension a commencé à augmenter à des valeurs élevées (plusieurs kV). Ainsi, on a réussi à réduire considérablement le courant nécessaire pour transmettre la même puissance, rendant la transmission viable à de grandes distances. En réduisant l'intensité du courant, une réduction importante des pertes dans les câbles de transmission a été obtenue par rapport aux pertes dans les systèmes à courant continu. Les transformateurs des centres de consommation remplissaient la fonction opposée, c'est-à-dire réduisaient la tension à de faibles valeurs de l'éclairage et des machines. Après l'avancée du déploiement du réseau électrique, la centralisation de l'énergie commence dans les grandes installations de production et leur transfert ultérieur aux utilisateurs via les lignes de transmission et de distribution. C'était le début de la configuration actuelle du réseau électrique.
Depuis lors, le réseau électrique a été fondamental tant dans l'industrie que dans la vie quotidienne. Cependant, au fil des ans, ce réseau électrique centralisé est devenu obsolète. La consommation électrique augmente et, à certains endroits, les lignes de transmission et de distribution sont saturées. En outre, la crise énergétique provoquée par la limitation des combustibles fossiles et la préoccupation du changement climatique a conduit plusieurs pays à introduire des changements dans la production d'énergie. Dans ce contexte, le pari sur les énergies renouvelables a considérablement augmenté dans le monde entier. D'autre part, la libéralisation du marché électrique a permis aux utilisateurs non seulement de consommer de l'énergie, mais de la générer et de la vendre au réseau.
Utilisation de sources d’énergie renouvelables et de micro-réseaux
Pour toutes ces raisons, de plus en plus de générateurs renouvelables sont connectés au réseau électrique. Ces générateurs, par rapport aux installations centralisées, sont de petite taille et sont habituellement situés près des points de consommation. Par conséquent, ils sont appelés générateurs de génération distribuée.
En ce qui concerne l'utilisation de ces systèmes de génération distribuée, on peut dire qu'on a commencé à changer la perspective de fonctionnement du réseau électrique d'un fonctionnement centralisé vers un décentralisé.
En général, les générateurs de génération distribuée présentent deux avantages importants: réduire la consommation de combustibles fossiles et, à proximité des points de consommation, réduire les pertes dans les lignes de transmission et de distribution. La proximité de ces petits générateurs aux points de consommation permet d'utiliser la chaleur qu'ils génèrent pour d'autres applications, comme le chauffage de l'eau, ce qui améliore l'efficacité totale du système.
La plupart des générateurs de génération distribuée sont basés sur des ressources énergétiques renouvelables comme le soleil, le vent, etc. Comme ces ressources énergétiques ne sont pas contrôlables et leur degré de variabilité est élevé, leur utilisation peut compromettre le bon fonctionnement du réseau électrique. Par conséquent, il est indispensable d'intégrer l'énergie électrique qu'ils génèrent de façon contrôlée dans le réseau. Le microrréseau est l'un des systèmes qui sont étudiés pour atteindre cet objectif.
Comme son nom l'indique, le microrréseau est un petit réseau électrique qui comprend des microsseurs, des systèmes d'accumulation, des contrôleurs (systèmes de communication, convertisseurs d'électronique de puissance, etc.). et celle formée par des charges. Une de ses caractéristiques les plus importantes est sa possibilité de fonctionnement connecté ou déconnecté au réseau électrique principal. En d'autres termes, le micro-réseau est capable de fonctionner de manière autonome, donc s'il y a un problème dans le réseau électrique principal, il est capable de se déconnecter et de continuer à fournir de l'énergie électrique à ses charges.
La figure 1 montre la structure simplifiée d'un microrréseau.
Le micro-réseau alimente plusieurs branches et se connecte au réseau principal en un seul point. En plus de pouvoir se déconnecter du réseau électrique, il est capable de déconnecter les branches qu'il alimente. De cette façon, on pourrait définir les priorités des charges en fonction de leur importance. Si nécessaire, l'alimentation de certaines charges pourrait être interrompue pour assurer l'alimentation des charges les plus importantes. Par exemple, la figure 1 permet d'interrompre l'alimentation de la branche C pour assurer l'alimentation des charges des branches A et B.
En dépit de ses avantages, il existe plusieurs questions en suspens pour la mise en œuvre réelle des micro-réseaux, de sorte que les micro-réseaux sont actuellement le thème central des travaux de recherche.
Besoin de systèmes de stockage d'énergie
Un des problèmes du microrréseau est que par définition est un réseau faible. En ce sens, il est très sensible aux changements de puissance qui peuvent dériver aussi bien des générateurs d'énergie que des charges, de sorte que ces changements peuvent empêcher la stabilité du micro-réseau. Par conséquent, l'utilisation de systèmes de stockage d'énergie dans un microrréseau est indispensable. La fonction principale des systèmes de stockage est de maintenir un équilibre énergétique et de puissance entre l'offre et la demande, pour assurer le bon fonctionnement du réseau électrique.
À son tour, un système d'accumulation contribue à réduire les effets négatifs de la variabilité des générateurs renouvelables en intégrant l'énergie contrôlée dans le réseau. An ideal accumulation system that would clear this change potential and at the exit would be constant. Bien qu'il n'existe pas de système d'accumulation idéal, il peut se rapprocher de cet objectif.
Pour qu'un microrréseau accumule l'énergie, un système d'accumulation de grande capacité, une grande puissance, une réponse rapide et une longue survie est indispensable. La figure 2 classe certaines des technologies de stockage actuellement disponibles en fonction de leur énergie spécifique et de leur puissance spécifique. Ces deux caractéristiques déterminent les capacités énergétiques et de puissance par unité de masse d'un système d'accumulation. Ils définissent la capacité énergétique en Wh du système de stockage par kilogramme et la puissance en W.
Comme on peut le voir dans la Figure 2, il n'existe actuellement aucun système qui offre des capacités énergétiques et de puissance élevées. Par conséquent, une alternative possible serait de surdimensionner un système à haute capacité énergétique (ou de puissance) pour obtenir une haute capacité de puissance (ou capacité énergétique). Cependant, cela augmenterait trop le prix. Par conséquent, pour répondre aux besoins d'un microrréseau, il est nécessaire d'utiliser différentes technologies de stockage d'énergie en créant un système d'accumulation hybride.
Ce système d'accumulation hybride permettrait de disposer d'un système de stockage haute capacité, haute puissance, réponse rapide et longue survie pour stocker de l'énergie. Cependant, bien qu'il y ait beaucoup de technologie, il n'existe pas de système hybride capable de donner les résultats les plus appropriés pour toutes les applications. Il est nécessaire de déterminer la technologie la plus appropriée pour chaque application, en tenant compte des avantages et des inconvénients de chacun d'eux.
Une fois le système sélectionné et déterminé sa taille, il est nécessaire de sélectionner le système le plus approprié du convertisseur de puissance qui permet de contrôler le flux de puissance du système d'accumulation et de connecter le système lui-même à la micro. Ensuite, l'algorithme de contrôle approprié sera conçu pour gérer son utilisation en fonction des conditions du réseau et de l'état du système d'accumulation. De cet algorithme dépendra l'optimisation du système d'accumulation, ainsi que la maximisation de votre survie, qui dépend de votre utilisation.
Face à l'impossibilité de comprendre des micro-réseaux sans accumulation d'énergie, l'intégration et la gestion des systèmes d'accumulation dans le réseau est un sujet à étudier pour la mise en place d'applications réelles de micro-réseaux. Les systèmes d'accumulation jouent un rôle fondamental dans les micro-réseaux du futur.
Références
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
